在本教程中，我们将学习硅控制整流器（SCR）。我们将学习其符号，结构，工作，打开和关闭方法和一些应用程序。
大纲
介绍
硅控制整流器（SCR）是晶闸管家庭中最重要且主要使用的成员。SCR可用于不同的应用，如整流，功率和反转等的调节等，如二极管，SCR是一个单向装置，其允许一个方向上的电流并在另一个方向上相对。
SCR是三个终端设备;阳极，阴极和栅极如图所示。SCR内置的功能打开或关闭，其开关由偏置条件和栅极输入端子控制。
这导致改变负载在载荷时递送的平均功率，改变了SCR的时期。它可以处理几千多个电压和电流。SCR符号及其终端如图所示。
硅控制整流器的构造
SCR是四层和三个终端设备。由P和N层制成的四层交替布置，使得它们形成三个结J1，J2和J3。这些连接点是合金的或基于结构的类型扩散。
外层（P和N层）严重掺杂，而中间P和N层被轻微掺杂。栅极端子在中间p末端拍摄，阳极来自外部p-层，阴极来自n层端子。SCR由硅制成，因为与硅中的锗漏电流相比非常小。
为了制造SCR，使用三种类型的结构，即平面型，MESA型和按压包类型。对于低功耗SCR，使用平面结构，其中SCR中的所有连接都是扩散的。在MESA型结构中，通过扩散方法形成结J2，从而将外层合金化。
这种结构主要用于高功率硅控制整流器。为了提供高机械强度，SCR支撑有由钼或钨的板组成的板。其中一个板焊接到铜螺柱，该铜螺柱进一步螺纹以连接散热器。
SCR的工作或操作模式
根据给SCR给出的偏置，SCR的操作分为三种模式。他们是
- 前向阻止模式
- 正向导通模式和
- 反向阻止模式
前向阻止模式
在这种操作模式中，硅控制整流器连接成使得阳极端子相对于阴极在栅极端子保持打开时使阳极端子变为正极。在该状态交叉点J1和J3中，正向偏置，结J2逆转偏置。
由此，小漏电流流过SCR。直到施加在SCR的电压超过其上的断裂电压，SCR为电流提供了非常高的电阻。因此，SCR通过阻止流过SCR的正向电流以此模式用作该模式的开关，如SCR的VI特性曲线所示。
前进传导模式
在此模式下，SCR或晶闸管从阻塞模式进入导通模式。它可以通过两种方式来完成，通过将正脉冲施加到栅极端子或通过将正向电压（或阳极和阴极上的电压）增加超过SCR的断裂电压。
一旦应用了这些方法中的任何一种，就会在结j2处发生雪崩击穿。因此，SCR变成导通模式并用作闭合开关，从而电流开始流过它。
注意，在VI特性图中，如果栅极电流值高，则最小将是导通模式作为IG3> IG2> IG1的时间。在此模式下，最大电流通过SCR，其值取决于负载电阻或阻抗。
还应注意，如果栅极电流正在增加，则如果优选栅极偏置，则打开SCR所需的电压较少。SCR从阻塞模式转变为导通模式的电流称为锁存电流（IL）。
并且当前电流达到SCR返回阻塞状态的水平称为保持电流（IH）。在该保持电流水平，耗尽区域开始在结j2周围开发。因此，保持电流略小于锁存电流。
反向阻止模式
在这种操作模式下，阴极相对于阳极使正极呈正。然后，结j1和j3是反向偏置的，并且J2是正向偏置的。该反向电压驱动SCR进入反向阻挡区域的结果，导致通过它流动小漏电流并用作开关，如图所示。
因此，该模式在此模式下提供高阻抗，直到施加的电压小于SCR的反向击穿电压VBR。如果反向施加的电压超出VBR，则在结j1和j3的结阶段发生雪崩击穿，这导致通过scr增加反向电流。
这种反向电流导致SCR中的更多损失甚至增加它的热量。因此，当反向电压施加超过VBR时，SCR会有相当大的损坏。
SCR的两个晶体管类比
SCR的两个晶体管类比或两个晶体管模型表达了了解SCR的最简单方法，通过将其视为两个晶体管的组合，如图所示。每个晶体管的集电极连接到另一个晶体管的基部。
假设负载电阻连接在阳极和阴极端子之间，并且在栅极和阴极端子处施加小电压。当没有栅极电压时，由于零基电流，晶体管2处于截止模式。因此，没有电流流过收集器并因此流过集电器并因此流动晶体管T1的基极。因此，两个晶体管都是开放的，从而没有电流流过负载。
当在栅极和阴极之间施加特定电压时，小基电流流过晶体管2的基部，从而集电器电流将增加。因此，晶体管T1处的基极电流将晶体管驱动成饱和模式，因此负载电流将从阳极流到阴极。
从上面的图来看，晶体管T2的基电流变为晶体管T1的集电极电流，反之亦然。
因此
IB2 = IC1和IC2 = IB1
还通过阴极终端电流，IK = IG + IA ......（1）
对于晶体管，
IB1 = IE1 - IC1 ......（2）
和ic1 =α1ie1+ ico1 ......（3）
ICO1是漏电流的地方。
从等式2中取代等式3我们得到
IB1 = IE1（1 - α1） - ICO1 ......（4）
从图中，阳极电流是晶体管T1的发射极电流，
ia = IE1
然后IB1 = IA（1 - α1） - ICO1
而且还用于晶体管T2
IC2 =α2ie2+ ICO2
但ik = IE2
因此IC2 =α2ik+ ICO2
IC2 =α2（IG + IA）+ ICO2 ......（5）
但IB1 = IC2 ......（6）
从等式6中的等式4和5代替我们得到
IA（1 - α1） - ICO1 =α2（IG + IA）+ ICO2
IA = [α2IG + ICO1 + ICO2] / [1-（α1+α2）]
通过假设我们获得的两个晶体管都可以忽略不计
Ia = [α2Ig] / [1-（α1+α2）]
其中α1和α2是两个晶体管的相应增益。
SCR打开方法
从上面的等式，如果（α1+α2）等于一个，则Ia变为无限。这意味着阳极电流突然升高到高值并锁存到从非导电状态的导通模式。这称为SCR的再生动作。因此，对于SCR的触发，栅极电流值（α1+α2）必须接近统一。从所获得的方程开始，条件将scr打开
1.当器件的温度非常高时，通过SCR的漏电流将增加。这将scr转为导通。
2.当流过设备的电流非常小时，α1和α2非常小。断裂过电压的条件是结j2附近的电子乘法因子Mn和孔乘法因子mp的较大值。因此，通过增加设备上的电压来破坏电压Vbo导致结j2击穿，从而使scr接通。
3.通过增加α1和α2突破的情况也是通过达到的条件。晶体管的当前增益取决于Ig的值，因此通过增加Ig，可以打开SCR。
SCR关闭方法
无法通过打开过程的门终端关闭SCR。要关闭SCR，必须将阳极电流减小到SCR的保持电流水平以下的级别。关闭SCR的过程称为换向。两种主要类型的换向SCR是，
- 自然换向和
- 强迫换向
强制换向再次分为几种类型，如
- 追加换页
- B级换向
- C类换向
- D类换向
- C类换向
直流电机控制使用SCR
考虑下面的图，SCR用于控制DC电机的速度。因为我们该直流电机包括一个领域和电枢绕组。通过控制施加到电枢的电压，控制DC电动机的速度。
交流电源电源连接到变压器初级和次级绕组，两个SCR并联连接，如图所示。这些SCR的输出驱动DC电机。现场绕组通过二极管连接，这为现场绕组提供了无法控制的直流电源。
在输入的正半周期期间，SCR1是向前偏置的，并且当触发脉冲被赋给栅极时，SCR1开始导通。因此，负载电流通过SCR1流到DC电机。在输入的负半周期期间，SCR 2是正向偏置的，并且SCR 1是反向偏置的，因此关闭SCR1。
当栅极触发被提供给SCR2时，它开始进行。通过改变对各个SCR的触发输入，改变了直流电动机的平均输出，因此控制其速度。
AC电机控制使用SCR
通过改变施加到它的定子电压来控制交流感应电动机速度。下图显示了SCR的连接，以改变施加到感应电动机定子的电压。
每个阶段由两个反平行SCR组成，一个用于正峰，另一个用于负峰值。因此，总共六种SCR配置用于生产可变功率。
通过这些晶闸管向三相感应电动机提供输入三相AC电源。当使用延迟脉冲触发这些SCR时，施加到感应电动机的平均电压会变化，因此速度变化。
硅控制整流器的优点
- 与机电或机械开关相比，SCR没有移动部件。因此，具有高效率，可以提供无噪声操作。
- 开关速度非常高，因为它可以每秒执行1个纳米操作。
- 这些可以在具有小栅极电流的高电压和电流额定值下操作。
- 更适合AC操作，因为在AC循环的每个零位置，SCR将自动关闭。
- 小的大小，因此易于安装和免费服务。
概括
- 硅控制整流器的表现类似于具有两种状态的开关，即不导通或导通。
- SCR运行有三种模式。那些是前进的阻塞，正向导通模式和反向阻塞模式。
- 主要有两种方法可以打开SCR，这意味着通过将SCR上的电压提高超出SCR的断裂或通过向栅极施加小电压来增加。门的典型值为1.5 V，30 mA。如果增加栅极电流，则SCR将导通电源电压。
- 不能通过门关闭SC，以打开SCR，施加电压必须减小到零。
- 硅控制整流器可用于AC和DC开关应用。
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